農(nóng)村電網(wǎng)低電壓的三級聯(lián)調(diào)治理技術(shù)研究

陳一鳴，周雄剛，丁曉群

（1.浙江省麗水電業(yè)局，浙江 麗水 323000;2.浙江省電力公司，浙江 杭州 310000;3.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著新農(nóng)村的建設(shè)，農(nóng)村用電負(fù)荷快速增長，導(dǎo)致農(nóng)村用戶在用電高峰電壓偏低，影響正常的生活、農(nóng)村生產(chǎn)加工和農(nóng)業(yè)抗旱排灌的用電。我國農(nóng)網(wǎng)的調(diào)壓手段及措施主要有以下幾個(gè)方面:變電站主變壓器的有載調(diào)壓，改善線路的無功功率;改變線路參數(shù);新建變電站。但是效果各不相同，成果也不明顯［1］。本文提出一種變電站、線路、低壓配變電壓三級聯(lián)調(diào)技術(shù)以有效地治理農(nóng)村低電壓。

1 系統(tǒng)概述

農(nóng)村低電壓治理是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須進(jìn)行綜合治理。然而現(xiàn)有的電壓無功控制存在一定的局限性。當(dāng)農(nóng)網(wǎng)用戶端電壓低于電氣設(shè)備正?？蛇\(yùn)行電壓時(shí)，這就是系統(tǒng)的低電壓現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象，有些必須通過電網(wǎng)升級改造才能徹底解決;有些可在暫時(shí)未能新增布點(diǎn)的條件下，通過充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)壓與無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行調(diào)節(jié)潛力，真正提高用戶端的電壓，但效果不明顯;現(xiàn)安裝的電壓無功調(diào)控設(shè)備的調(diào)控判據(jù)僅僅依據(jù)安裝點(diǎn)的測量值進(jìn)行“各自為政”式的獨(dú)立控制，電網(wǎng)各級調(diào)壓與補(bǔ)償設(shè)備的全網(wǎng)協(xié)調(diào)性不夠，往往出現(xiàn)上級電網(wǎng)電壓處于合格區(qū)間范圍，下級電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段已用盡而用戶電壓仍超限的情況，不可能很好地實(shí)現(xiàn)低電壓治理的問題;現(xiàn)在已經(jīng)研究和應(yīng)用基本成熟的自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)針對輸電網(wǎng)，而適用于配電網(wǎng)的AVC成熟系統(tǒng)還沒有出現(xiàn)［2－3］。

三級聯(lián)調(diào)低電壓治理首先需要建設(shè)電壓監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過對電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的多維分析，為相應(yīng)的聯(lián)調(diào)方案提供完整、準(zhǔn)確和及時(shí)的依據(jù)［4］。另一方面采用調(diào)整三相負(fù)荷不平衡及低壓用戶負(fù)荷錯峰等管理手段，消除低電壓現(xiàn)象。

實(shí)現(xiàn)對變電站、線路、配變和客戶端電壓無功設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，是實(shí)現(xiàn)低電壓治理的第一步。變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集可通過與調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換;線路、配變和客戶端運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集可以通過GPRS等無線、載波、光纖等多種通信模式完成數(shù)據(jù)采集，模式既可以是單一制式，也可以是混合制式;同時(shí)也可通過與配電自動化系統(tǒng)/用戶用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換［5］。對暫時(shí)納入監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和用戶反映出現(xiàn)低電壓的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集可以通過設(shè)置移動電壓監(jiān)測點(diǎn)來完成。按上述模式采集全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓、無功功率、有功功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌控電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓運(yùn)行狀況。

在電壓監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多級聯(lián)調(diào)控制，建立電壓三級聯(lián)調(diào)控制及輔助分析系統(tǒng)。本方案分為三個(gè)級別，一級是通過變電站調(diào)整;二級是在農(nóng)網(wǎng)線路上進(jìn)行調(diào)整;三級是在配變處進(jìn)行調(diào)整。

一級調(diào)壓是針對變電站，主要調(diào)節(jié)主變分接頭的位置和投切無功補(bǔ)償電容器。監(jiān)測中心及調(diào)度人員通過分析接收到的數(shù)據(jù)來調(diào)整有載變壓器檔位進(jìn)行調(diào)壓，但是改變變壓器的分接頭只能改變無功分布狀況，卻不能增減系統(tǒng)的無功，因此需要配合投切無功補(bǔ)償電容器。

二級調(diào)壓是針對農(nóng)網(wǎng)輸電線路，可解決饋線的低電壓問題，通過在線路裝設(shè)饋線自動調(diào)壓器以及無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行配合調(diào)壓。饋線自動調(diào)壓器是一種通過跟蹤線路電壓變化，自動調(diào)節(jié)裝置本體變壓器的變比來保證輸出電壓穩(wěn)定的裝置。它可以最大在30%的范圍內(nèi)對輸入電壓進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，特別適用于電壓波動大或壓降大的線路，將這種調(diào)壓器安裝在饋電線路的中后端，在一定范圍內(nèi)對線路電壓進(jìn)行調(diào)整，保證用戶的供電電壓合格，減少線路的線損;此外，SVR饋線自動調(diào)壓器也適用于主變不具備調(diào)壓能力的變電站，將這種調(diào)壓器安裝在變電站變壓器出線側(cè)，保證出線側(cè)母線電壓合格。

三級調(diào)壓是針對低壓配變，亦包括調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置和投切無功補(bǔ)償電容器。

2 三級聯(lián)調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 三級聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)技術(shù)分析

在實(shí)現(xiàn)三級聯(lián)調(diào)的過程中，主變和饋線自動調(diào)壓器以及低壓配電檢測裝置均裝設(shè)了智能監(jiān)測裝置，對各處的電壓信息以及信號指令進(jìn)行監(jiān)測。圖1為系統(tǒng)調(diào)壓接線圖。

圖1 系統(tǒng)調(diào)壓接線圖

配電網(wǎng)電壓無功協(xié)調(diào)控制的手段為有載調(diào)壓變壓器（含主變、線路調(diào)壓器和配變）分接頭擋位的調(diào)節(jié)和可控補(bǔ)償設(shè)備（包括變電站集中補(bǔ)償、10 kV線路補(bǔ)償和配變低壓側(cè)集中補(bǔ)償）的投切。通過對以上設(shè)備的控制，將電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)，同時(shí)盡可能地減少無功在上下級電網(wǎng)之間的流動，降低網(wǎng)損。因此，電壓無功三級聯(lián)調(diào)控制策略應(yīng)按如下原則動作:

（1）以電壓調(diào)整為主，降損為輔。在具體實(shí)施過程中，一個(gè)周期的控制命令可能既包含分接頭擋位的調(diào)節(jié)，又包含補(bǔ)償設(shè)備動作，如果分接頭和補(bǔ)償裝置同屬一個(gè)設(shè)備，則先調(diào)整分接頭，下一個(gè)周期再動作補(bǔ)償裝置。

（2）電壓自下而上判斷，自上而下調(diào)整。10 kV線路中多數(shù)電壓不合格點(diǎn)的調(diào)整，都需要逐級向上申請，因此，電壓是否調(diào)整應(yīng)自下而上逐級判斷;而真正調(diào)整時(shí)應(yīng)自上而下進(jìn)行。

（3）無功自上而下判斷，自下而上調(diào)整。為減少無功在線路中的流動，盡量不同意無功倒流上級電網(wǎng)的現(xiàn)象發(fā)生，最大限度降低網(wǎng)損，無功應(yīng)采用自上而下判斷，自下而上調(diào)整的控制策略。

實(shí)施上級電網(wǎng)與下級電網(wǎng)的自動協(xié)助調(diào)整，通過全網(wǎng)調(diào)節(jié)使末端電網(wǎng)調(diào)壓能力得到有力的補(bǔ)充與提升，由此提出實(shí)施三級電壓協(xié)調(diào)控制來研究與探索進(jìn)一步挖掘電網(wǎng)運(yùn)行控制潛力的手段。低電壓治理的三級聯(lián)調(diào)技術(shù)的具體實(shí)施方案分為三種情況。

（1）負(fù)荷端參數(shù)越限

負(fù)荷端電壓越限，可以分為以下兩種情況。負(fù)荷端電壓越限，而其無功未越限時(shí)，只需調(diào)整負(fù)荷端電壓，配變分接頭即可。負(fù)荷端電壓和無功均越限，則先投切負(fù)荷側(cè)補(bǔ)償設(shè)備，使無功滿足后，再通過配變進(jìn)行有載調(diào)壓。

（2）負(fù)荷和饋線末端參數(shù)越限

負(fù)荷和饋線末端電壓越限，而其無功未越限時(shí)，先調(diào)節(jié)SVR調(diào)壓器的變比，使得饋線末端的電壓滿足要求后，調(diào)整配變的變比，使得負(fù)荷端電壓也滿足要求。負(fù)荷和饋線末端的電壓和無功均越限，基于就地補(bǔ)償原則，在配變處補(bǔ)償無功，使得無功得到平衡，若線路末端無功不再越限，則按照電壓越限，而無功未越限的方式進(jìn)行調(diào)壓;若線路末端處無功仍然越限，則繼續(xù)在SVR調(diào)壓處補(bǔ)償無功，知道無功達(dá)到平衡后再按照電壓越限，而無功未越限的方式進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。

（3）負(fù)荷和饋線末端及首端參數(shù)越限

當(dāng)負(fù)荷、饋線末端及線路首端電壓越限，而無功未越限時(shí)，則先調(diào)節(jié)主變變比，SVR調(diào)壓器的變比，再調(diào)節(jié)配變的變比，使得各處的電壓符合要求。當(dāng)負(fù)荷、饋線末端及線路首端電壓和無功均越限時(shí)，則依次在配變、SVR與主變出進(jìn)行無功補(bǔ)償，使得各處無功得到平衡后，若負(fù)荷、饋線末端及線路首端電壓和無功均不再越限，則終止調(diào)節(jié)，否則再按照荷、饋線末端及線路首端電壓越限，而無功未越限情況進(jìn)行調(diào)整。

2.2 三級聯(lián)調(diào)控制策略圖

圖2所示為電壓/無功三級聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)控制策略圖，嚴(yán)格按照電壓自上而下，無功自下而上進(jìn)行控制。

3 實(shí)例分析

歙縣地處安徽黃山附近，是低電壓現(xiàn)象比較嚴(yán)重的地區(qū)。選擇歙縣供電公司農(nóng)網(wǎng)中的35 kV杞梓里變電站及梓里196線、198線作為三級聯(lián)調(diào)試點(diǎn)，進(jìn)行效益分析。

方案實(shí)施后實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果，與實(shí)施前相比，電壓質(zhì)量有了明顯的改善，變電站內(nèi)10 kV母線A類電壓合格率由98.21%提高到98.97%;變電站內(nèi)低壓用戶B類電壓合格率由96.62%提高到98.45%。并且試點(diǎn)區(qū)域梓里站、梓里196線和梓里198線，綜合線損率由7.42%降至6.52%，下降0.9個(gè)百分點(diǎn);試點(diǎn)區(qū)域年供電量為870萬千瓦時(shí)，總體節(jié)能7.83萬千瓦時(shí)，獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。如果將歙縣電網(wǎng)9座變電站、以及出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象的饋線和配變納入三級協(xié)調(diào)控制范圍，預(yù)計(jì)年節(jié)能近40萬元。按最大配置共投資費(fèi)103萬元，最小配置共投資費(fèi)74萬元計(jì)算，投資回收年限最大為2.6年，短期內(nèi)便能實(shí)現(xiàn)雙贏。

圖2 電壓/無功三級聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)控制策略圖

4 認(rèn)識與體會

農(nóng)村低電壓治理是一個(gè)綜合治理問題，也是農(nóng)村電網(wǎng)改造中的“頑癥”之一。作者長期從事電壓質(zhì)量優(yōu)化方面的研究，對于要建立一個(gè)比較完善的三級聯(lián)調(diào)農(nóng)村電網(wǎng)有以下的認(rèn)識與體會。

（1）首先應(yīng)建設(shè)完善三級聯(lián)調(diào)硬件設(shè)備基礎(chǔ)，主變分接頭的調(diào)控和無功設(shè)備的調(diào)控應(yīng)納入調(diào)度自動化系統(tǒng);線路和配變的無功設(shè)備具備遙測遙調(diào)的功能，遙測遙調(diào)通信通道可借助GPRS方式實(shí)現(xiàn)。

（2）三級協(xié)調(diào)控制建設(shè)中電壓監(jiān)測儀的安裝位置對協(xié)調(diào)控制效果有較大影響，應(yīng)選擇出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象的線路末端配變、配變末端用戶的位置安裝智能電表或電壓監(jiān)測儀采集數(shù)據(jù)。

（3）線路和配變電壓無功設(shè)備所涉及的通信協(xié)議種類越少越好，通信協(xié)議種類越多，實(shí)現(xiàn)難度越大，建設(shè)周期越長，投資費(fèi)用越高;對于新采購的電壓無功設(shè)備，宜將其技術(shù)條件與三級協(xié)調(diào)控制建設(shè)所要求的技術(shù)條件通盤考慮，全面規(guī)劃，統(tǒng)一建設(shè)，使項(xiàng)目總體進(jìn)度和總體質(zhì)量得到嚴(yán)格控制，以達(dá)到效果最佳，建設(shè)周期最短，投資費(fèi)用最小。

（4）納入三級協(xié)調(diào)控制的電網(wǎng)區(qū)域可以分批和分期建設(shè)完成，因?yàn)榈碗妷含F(xiàn)象是動態(tài)的，而非一勞永逸。一般首期可將全部變電站層的控制納入控制范圍，將出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象的重點(diǎn)線路和配變納入控制范圍;后期可逐步將新出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象的電網(wǎng)納入控制范圍。

（5）三級協(xié)調(diào)控制是農(nóng)網(wǎng)電壓無功控制方式的新探索，應(yīng)用單位應(yīng)建立相應(yīng)組織機(jī)構(gòu)，在建設(shè)期間、運(yùn)行期間做到有人負(fù)責(zé)、愿意負(fù)責(zé)和能夠負(fù)責(zé)。

5 結(jié)束語

本文提出變電站、線路和配變?nèi)壜?lián)調(diào)治理農(nóng)村電網(wǎng)低電壓的方案，以及相應(yīng)的控制方式，應(yīng)用工程實(shí)際電網(wǎng)，得到了較好的效果。在不改變實(shí)際電網(wǎng)規(guī)劃的情況下，通過對裝設(shè)智能監(jiān)測設(shè)備，三級聯(lián)調(diào)治理，調(diào)節(jié)變電站、線路和配變的無功與變壓器的分接頭，提高電壓的合格率，降低系統(tǒng)的網(wǎng)損率，治理農(nóng)村低電壓問題，并且能夠在短時(shí)期內(nèi)回收投資，經(jīng)濟(jì)有效。

［1］丁曉群，周玲，陳光宇.電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）技術(shù)及案例分析［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］黃俊杰，李曉明.基于電力電子技術(shù)有載調(diào)壓變壓器的無沖擊調(diào)壓方法［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33（10）:69－72.

［3］王振，方方.變電站電壓調(diào)節(jié)的幾種方式［J］.電工技術(shù)，2008，29（8）:73－74.

［4］王金麗，李金元，徐臘元.大功率電力電子開關(guān)用于配電變壓器無弧有載調(diào)壓方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30（15）:97 －101.

［5］武曉朦，劉健.配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（24）:32－34.